光收发器的技术进展及市场动态

    目前，虽然全球长途网络和骨干网络的建设有所放缓，但随着人们对网络容量的需求越来越大，城域和接入等网络的建设就出现如火如荼的景象。类似光收发器这样的器件也得到了大力的发展，其种类和复杂程度都在以惊人的速度增长。

    1、产品

随着技术的改进和成本的减少，1-2。5Gb/s乃至更小的光收发器目前正逐步进入FTTP网络，同时其可热插性，可维护性，可拓展性和可靠性等特点将进一步推动这一趋势。除了接入网络以外，SAN，城域网，磁盘阵列等也开始广泛采用1-2。5Gbps光信道，而下一代的4Gb/s和10Gb/s更高速的收发器市场也不断地发展。

在4Gb/s收发器领域，E2O通讯公司日前就宣布推出4Gb/s的光收发器样品，并预计2004年量产。E2O在4Gb/s领域是跟英飞凌（Infineon）合作，目前两公司在该领域已经领先其他竞争者，如安捷伦，Finisar，JDSU等，不过迄今为止种种迹象显示每一个公司都会在相近时间推出上市产品。

E2O和Infineon预计大规模出货的时间是在2004年的上半年初，安捷伦到目前仍未透露其4Gb/s收发器计划，不过据该公司负责市场的主管Shuo Zhang透露，安捷伦将会跟E2O 同期出货。

然而，在4Gb/s收发器电子配件的进展情况仍不明朗，到目前为止，只有PMC-Sierra一家公司推出4Gb/s芯片，安捷伦Zhang说“目前制约4Gb/s光纤信道发展的因素已不是光学因素，而是电子IC工业。”

跟Infineon类似，E2O计划推出的收发器采用的是850nm的垂直腔表面发射激光器（VCSEL），E2O计划推出2种收发器，分别是SFP和SFF 收发器。E2O也正在发展1310nm的VCSEL 4Gb/s的收发器，预计将在2004年第二季度推出。

而在10Gb/s收发器这边这是极其热闹，各厂家纷纷推出各种类型的10Gb/s产品。

早在今年三月举行的OFC上，10Gb/s光收发器便成为人们讨论的热点，众厂家纷纷推出相关的产品，现在我们简要回顾一下。在2003年的OFC上，Network Elements ，Opnext，MergeOptics ，Finisar，RedClover，OEpic ， MergeOptics，Kodeos等公司均展示了其10G光模块。

对于其他XENPAK，XPAK，以及 X2类型的10G的光收发模块而言，展示最多的是XFP的光模块，与其它的MSA相比，XFP是外形最紧凑的，成本据称也是最低廉的。因此具有很大的优势， XFP已被认为是继XPAK或X2后的新一代产品，激励了厂商去研究XFP，即便目前它仍需一种额外的芯片去把10-Gbit/s速度转换成3.125-Gbit/s的。Finisar Corp 和 Ignis Optics两家模块供应商在展会上展示了他们的XFP模块，而据报道还有其他公司如Opnext ， MergeOptics ，Infineon Technologies AG 和英特尔公司也都推出了XFP产品 。而展示Xenpak模块的厂商也有不少，但是Xpak和X2这两种重要的过渡产品展示却不是很多，传统的300针光转发器的展示也不少。其中RedClover展示了10G XPAK以太转发器，以及40/43 Gb/s SFI-5 300针MSA转发器。

而Excelight 产品涵盖了XFP和X2两个方面，发布了10G光收发器模块的SXP3101 和SDX4101系列。该公司表示:它们完全适应IEEE 802。3ae 和 XFP MSA规格要求， SXP3101系列带有一系列10Gbit/s XFI电子接口，无须内置的串行器及解串行器，从而系列节约功耗和空间。SDX4101系列适应IEEE 802。3ae 和 X2 MSA的规格要求，带有的Xaui 和 MDIO接口可对Xenpak收发器直接升级，具有更小的尺寸和能耗。ExceLight指出适应Sonet/SDH规格的收发器也即将出现。

另外，Network Elements宣布了其新研发的“微型模块”技术，该技术最终可把光收发器压缩成芯片大小。Network Elements计划把此种技术用于一12公里的XFP模块，目前仍在发展阶段中。

而JDSU在八月也宣布增加一新的符合XFP MSA协议的850nm收发器系列产品，同时宣布拓展其SFP多源协议的光纤信道和以太收发器产品线，以满足光通讯设备制造商在数据通信市场上的需求。JDSU以此在高速局域网(LAN)和存储网（SAN）市场上开辟了新的战场。

据JDSU的传输产品集团总裁Bossi先生介绍说：“鉴于我们的10Gbit/s XFP收发器采用多种不同的设计，目前我们的客户正对XFP标准的收发器表现出越来越大的兴趣。我们是第一家提供多源协议850nm产品的主要供应商，我们也相信这是用于短距离，甚高速LAN和SAN领域里最理想的产品。同时，我们的速率为1-2 Gbit/sec的新产品在可靠性，连接距离和高温工作方面都在业界处于领先的地位，十分适合下一代高端口密度的设计。”

新公布的JXP系列收发器满足XFP MSA标准的要求，是一款10Gbit/s，小型，热插拔的数据通信用收发器。其850nm的版本功耗仅为1。65W（标准），可被用于以太网或光纤信道链路，传输距离为300米。JDSU打算在今年年底推出适用于长途领域的1310nm版本的XFP收发器。JXP系列收发器还带有I2C接口，以支持对模块ID，控制和状态的数字诊断监测（DDM）功能。

而JDSU的JSM和JSH系列SFP收发器主要用于千兆以太和光纤信道领域，可被高密度地安装在背钣上。同时带有一独创的保护插销（bail latch），使得在空间狭小的地方还能轻易地安装。当许多收发器被置于同一主板上时的电压波动范围在± 10%。为了减少功耗和由高密度封装引起的热量，JSM和JSH系列SFP收发器的功率被降到低于0。75W（标准），工作温度为85 °C（其他公司类似产品至少在90 °C）。另外，JSH系列还增加了数字诊断监测功能。为满足日益增长的需求，JDSU计划拓展其SFP多源协议的光纤信道和以太收发器产品线。

为了进一步提供光收发器模块的可拓展性，并巩固其市场地位，安捷伦目前正全力开发新的产品，如可调激光器，1310nm VCSEL等等，其研制的方向集中在以下几个方面：多速率/多协议支持，数字诊断监测，内嵌自测电路以及可热插性。

目前，安捷伦，JDSU，英飞凌，Network Elements ，Opnext，MergeOptics ，Finisar，RedClover，OEpic ， MergeOptics，Kodeos都将10Gb/s光收发器模块视为未来发展的支柱和竞争重点。

但面对如此众多类型的10Gb/s光模块，各个供应商产品的兼容性，互通性便成为人们关注的焦点，为了加速市场对10Gb/s光收发模块的接受度，使10Gb/s光模块获得更大规模的利用，日前在IEEE 802全体会议上，英飞凌（Infineon），MergeOptics，以及Scintera网络三家公司进行了Xpak， X2，，Xenpak 10Gb/s光模块在传统多模光纤的互通性演示。英飞凌的采用EDC技术的XPAK示范模块，MergeOptics采用的是 X2模块，而Intel采用的是S-EDC XENPAK 模块。

“为了使10Gb/s技术获得广泛的应用，就必须使网络中的每一单元能够‘互相对话’，” 英飞凌的主管线缆通信的副总裁兼总经理Toprani先生表示，“本次演示证明了采用EDC技术的多个遵守不同MSA协议的收发器在现存的低带宽多模光纤上的互用的可行性，演示的成功说明传统的网络可以很容易地以很低的成本升级到下一代网络的能力。”

MergeOptic的总裁兼首席执行官Neumeuer先生补充说：“目前10Gb/s市场正快速发展，本次模块互通性的演示可加速市场对10Gb/s光模块的接受度。”

虽然IEEE 802。3ae委员会在2001年就通过了工作在300米传统多模光纤上的LX4 CWDM标准，但由于其功耗太大成本太高的原因，尚未获得大规模的应用。而采用EDC技术的光模块被证明是更具成本效益的解决方案，可以帮助企业网络很方便的将基于现有传统多模光纤的1Gb/s升级到10Gb/s。

    2、技术

　  2.1 VCSEL收发器

驱使收发器急剧增长的其它因素包括光纤收发器的各种技术。目前使用的有三种不同类型激光：Fabry-Perot(FP)，DFB和垂直腔面发射激光(vertical-cavity surface-emitting-lasers， VCSELS)，三个波长范围(850 nm，1300 nm，和1550nm)，两种光纤类型(单模和多模)，四种不同的传输技术(串行、并行、DWDM和CWDM)。不同传输速率（1。25Gb/s，4Gb/s，10Gb/s。。。），如果考虑到各种组合，不计算光纤链路类型和形状因数(Form factor)引起的不同，可以有72种不同的收发器。

首先我们对目前流行的光收发器用的激光器类型做一比较，如前所述，一般分为FP,DFB以及VCSEL三种，其中FP激光比起DFB更容易制造，但是由于具有相对较大的线宽（大于1nm）和温度造成的波长漂移(0。5nm/℃)，不适合于高速或远距离应用。而DFB激光具有线宽较窄(小于0。04nm)，波长随温度变化的漂移较小(0。1nm/℃)的优势，完全适合于高性能通信应用。但是，DFB激光也有局限。第一，工作于1500nm波段的激光对于chirp非常敏感，通常需要一个外部调制器(这种限制在1300nm波段时并不特别明显)。第二，生产DFB激光比起FP激光或VCSEL更加困难。最后，DFB激光需要更大的电流。这些特性使得DFB激光不适合于许多LAN应用和大多数光背板应用。VCSEL有相对较窄的线宽(0。35nm)和非常低的波长漂移(0。06nm/℃)，低电流阈值(1mA)比FP和DFB激光在输出同样功率时效能更高，而且没有DFB激光那样高的啁啾声。因此，VCSEL甚至在10Gb/s时都可直接调制。最后，比起其它激光，制造和调整准直VCSEL都比较容易，这样就能够生产低成本基于VCSEL的收发器。这些特性看起来足以使VCSEL成为高性能通信应用的理想解决方案。其中850nm的VCSEL已经获得大规模的应用，但是由于长波长的VCSEL具有输出功率不足以及制造工艺复杂等缺点，一直未能获得大规模应用。

但这种情况日前获得改善，Infineon在今年早期OFC上展示了其1310nm 的VCSEL样品，而Picolight公司也首次展示其过去一直实验的1310nm VCSEL 。另外一家公司E2O同样展示其长波长VCSEL样品。

尽管人们对VCSEL研究已有10年之久，早期像Cielo公司也推出相关的样品，但一直未能大规模的量产，令人振奋的时，Infineon宣布此次展示的长波长VCSEL产品已经可大规模生产。我们注意到这是第一次可大规模量产的类似产品。

一直以来，1310nm的VCSEL之所以未获得大规模商用，主要有两点，其一是输出功率过低，如早期的型号尚达不到城域网应用的距离。其二是生产工艺复杂，如生长困难的材料的复杂设计，例如InGaAsN。尽管面临着种种困难，许多公司仍然坚信这些都可解决，新兴公司Lytek就在Gore Photonics和 Cielo公司的退出后宣布进军VCSEL领域。

Infineon展示的首次可量产1310nm VCSEL产品，输出功率仅为0。4mW。这一点比较遗憾，该产品适应于2。5Gbit/s应用，传输距离可达15公里，该公司计划在2003年的第四季度量产。

Picolight只展示其SFP封装的1310nm VCSEL收发器，在过去两年Picolight一直秘密地试验其1310nm产品，这次在OFC公开进行示范，据了解是因为Picolight已能制造出满足OC3和以太网应用的高性能VCSEL激光器。该公司预计投入城域应用的VCSEL传输距离能达到20公里甚至40公里，不过该公司称现阶段主要目标是接入市场用的1310nm VCSEL激光器。

E2O通讯公司在OFC展会上透露该公司已制造出输出功率为6mW的1310nm VCSEL，优于该公司在2001年发布的4mW产品但未展示相关样品，估计只处于实验室阶段，尚未能大规模量产。不过到了2003年11月初，E2O就宣布研制出一种电子泵浦长波长垂直腔表面发射激光器（LW VCSEL），从而实现了技术上的突破，该激光器具有重要的实用价值。产生的激光波长范围在1270nm到1610nm之间，适用于LAN，城域，数据通信以及电信领域的应用。据E2O的发言人表示，采用这种低成本高性能技术的光收发器产品将于2004年推出。

E2O的研究团队已经研制出的长波长垂直腔表面发射激光器（LW VCSEL），主要应用在10GbE，光纤信道领域以及局域网（LAN），存储网（SAN），广域网（WAN）以及接入网络中。该公司已经完成其LW VCSEL在一条10公里长的单模光纤上10。3Gb/s和4.25Gb/s的数据传输演示，以及在一条100米长的纤芯直径为62.5微米的多模光纤上10.3Gb/s的数据传输演示，以及在一条300米长的纤芯直径为62.5微米的多模光纤上3.125Gb/s的数据传输演示。

E2O的总裁兼首席执行官LEE先生表示：“E2O将依靠出色的LW VCSEL技术来为客户带来可观的价值，我们的LW VCSEL产品在10GbE领域里将取代DFB激光器，同时也支持多模光纤的传输。我们的LW VCSEL产品也支持在一条10公里长的单模光纤上4。25Gb/s的光纤信道应用，可以说是一种真正的低成本和高性能的解决方案。”

到目前为止，E2O已经具备生产各种FP，DFB以及VCSEL长波长光收发器的能力。

    2.2 10G以太网的支持

目前，随着人们对语音，数据，视频等业务的需求正快速地增长，高性价比高带宽的光纤以太网络也越来越多，在未来办公大楼宽带局域网络市场主要以千兆以太网络为主，住宅小区和家庭市场则主要以10/100M以太网为主，按照合理的设计准则，如果水平布线已经是千兆比特级的，那主干网络的速度必须是其数倍，也就是要采用10Gb/s的基本架构。这就要对目前的1Gb/s的基础架构进行升级。

不幸的是，目前绝大多数LAN采用的多模光纤是62。5/125um光纤（带宽分别对应160/500MHz-km），而依靠一般的10Gb/s的收发器和转发器（采用850nm的激光器）在绝大多数普通多模光纤的传输距离只有26米。为了使传输距离延长到300米，终端用户需要铺设新的高带宽多模光纤（2000MHz-km），那需要很多资金。或者用户采用称为LX4的CWDM收发器，带有4个独立激光器，来分别传输不同的波长，也能达到300米，不过会导致更高的功耗和成本，并降低了系统的可靠性。

不过技术的发展使得问题有了转机，Finisar公司在今年9月宣布完成其XFP收发器在传统多模光纤传输300米的实验，据了解，本次示范的是Finisar新研制的XFP光收发模块，采用了一个1310nm的无制冷激光器，同时该收发模块也使用了电子色散补偿（EDC）技术，可把信号以10Gb/s的速率在多模光纤上无误码地传输300米。而实验中采用多模光纤则包含目前流行地大多数企业局域网络采用的是62。5/125um多模光纤，所以可以很方便地将现有的网络升级到10G以太网络。

Finisar的首席科学家Aronson先生说：“我们相信EDC技术能帮助我们提供最实用的解决方案，通过我们的方案可以轻易地实现在传统多模光纤以10Gb/s的速率传输300米的目标。我们将该技术引入我们的XFP模块中，同时这款XFP模块又具备超小尺寸和低功耗的特点，可以这样说，该产品的完成是我们在朝10G以太企业网络大规模商业应用的前进道路上迈出的具有重大意义的一步。”

在此之前，Finisar已经将10公里的XFP收发器批量生产，并大量上市。同时Finisar在近期的贸易展上也示范了一款40公里的DWDM XFP产品。

无独有偶，在2003年11月初，英飞凌宣布该公司第一个10GbE XPAK收发模块成功地完成在一低带宽多模光纤上超过300米传输的演示。该XPAK光收发器模块也采用了一个带有电子色散补偿（EDC）的1310nm激光器，由于采用了EDC技术，可以使10GbE数据在无误码的情况下传输更长的距离。

本次演示证明了使用单激光器的收发器在已铺设的低带宽光纤架构高速传输的可行性。通过这种方式可有效减少资本投资并大大增加系统的性能。采用了EDC技术的收发器可以在不更换光纤的情况下升级网络，此举将有助于10GbE技术的加速推广和普及。

采用EDC技术的XPAK光模块已经证明其具备在传统多模光纤上以10Gb/s速率下传输300米的性能，根据IEEE 802.3 High Speed研究集团称，目前全世界超过80%的企业光纤架构是基于这种类型的低带宽多模光纤。

EDC技术可以对色散和其他损耗进行补偿，如果没有EDC，那终端用户如果想以10Gb/s的数据速率传输300米的距离就需要像前面所说的高成本高带宽的多模光纤，或者CWDM LX4收发器，但这将导致系统复杂性增加，更高的功耗和成本，同时也减少了可靠性。而采用EDC技术的XPAK则是一个不错的选择。据了解，英飞凌的第一款集成EDC技术的XPAK模块将在2004年上半年初推出样品。

我们相信，在不久的将来，随着越来越多的支持300米多模光纤传输的10G光收发器的大量上市，10G光纤以太网络必将呈加速发展的趋势。

另外在LX4收发器方面也取得了不错的进步，Molex目前已经发展出传输距离达40公里的1300nm版本的LX4收发器，不过Molex的10GbE部门已被Emcore公司收购。总的来说，LX4器件目前市场上并不是很多，它主要借助WDM技术来将10Gb/s流量分在4个3.125Gb/s的信道上，而3.125Gb/s的速度足以使传统的多模光纤起死回生。目前只有Blaze Network，Pine Photonics和Molex等少数厂家生产。LX4收发器目前正成为市场的热点，其主要采用电子色散补偿技术来减轻多模光纤中的色散问题，Merge Optics公司在ECOC发布了业界首个LX4产品（其色散元件来自Scintera公司），理论上讲LX4收发器的成本和复杂性都会大大降低。

    2.3并行光收发器

并行光纤收发器目前可以在12条光纤中传输数据，这些光纤组形成一个比传统双光纤缆线还小的光缆，每一个光纤构成一个数据信道。因此，对于每一个光纤都工作在2。5Gb/s的并行光纤收发器，其综合数据传输速率可达30Gb/s。因并行光纤光缆以及连接器都很小，其收发器比传统工作在10 Gb/s的收发器要小。因此，并行光纤收发器已经成为构建光背板的可选技术。目前并行光收发器的应用逐渐成熟，在当前的北美市场，高端计算机系统如刀片式服务器的短距离连接基本都开始采用4×2。5Gb/s的并行光收发器。而高端的交换设备中，12×2。5G/s的收发器也在背板连接中开始使用。

并行光纤技术的主要缺点在于光纤和链接器成本高，同时，并行光纤难以在现场架设，由此，并行光纤收发器一般只局限于光背板应用，其中带宽密度非常关键，光纤长度相对较短，而且比较固定。

目前正在研发的收发器将CWDM和并行光纤技术结合在一起，使用并行光纤可以在单一链路中达到120 Gb/s的传输速率。主要技术是用CWDM将四种波长的激光复用到12条光纤的每一个上，这种结构使系统能够同时传输48个信道的数据，每一个信道数据传输速率为2。5Gb/s，总速率可达120Gb/s。如果数据传输速率增加到10Gb/s，每一个光纤的波长数量增加到8个，这种复用技术在单个并行光纤传输数据，速率可达960Gb/s。非常明显，这些技术的结合能够提高光背板的性能，同时减少所需光纤链路的数量。

    3、市场

根据CIR公司最近发布的对未来5年里发射器件的预测，包括发射接收光源，光电二极管，收发器和转发器，CIR预计这部分市场到2006年的产值可达到30亿美元。尤其是收发器市场会增长迅速。长途大容量收发器市场方面当前的热点是10 Gbit/s 和40Gbit/s，据ElectroniCast最新的市场研究，10 Gbit/s数据通信收发模块的全球总消费量将从2001年的6870万增长到2006年的32.6亿美元。2001年早期使用10 Gbit/s数据通信收发器的数量不到10万个，但到2003年，10 Gbit/s数据通信收发模块将增加到200万个。在接下来的几年内仍将会猛烈增长，2005年将会达到700万个。在整个消费领域，继10-gigabit 光纤信道之后，10G以太网将会有强劲增长。ElectroniCast预计10G数据通信用收发器市场到2010年将达到90亿美元。

根据ElectroniCast的研究报告称，垂直腔表面发射激光器（VCSEL）收发器市场在2001年达到了2.90亿美元。而1999年该市场的产值为2.45亿美元，2000年为3.88亿美元。受电信和数据设备出货量大幅减少的影响，2001年的总产值下降到2.90亿美元。不过该市场已经出现复苏的迹象，预计在2003年将开始增长。

工作波长在1300nm到1550nm之间的长波长VCSEL在2003年已经开始量产，并将大规模应用。未来的长波长收发器的主要工作在1310nm波长，而当前的趋势是将1550nm的VCSEL应用到长途和DWDM领域中，其中绝大多数VCSEL作为可调产品的独立元件或放大器中的泵浦器件来使用的。

1310nm收发器市场的过度竞争和创新

1310nm收发器目前受到过度竞争的威胁，同时其他新型的收发器也对其造成了巨大的影响，如1550nm收发器，已经商品化的长波长VCSEL和量子点激光器。人们预计2007该市场为5.0亿美元。Strategies的Hausken说：“该市场到目前已经相当成熟，考虑到市场的低迷以及技术的更新，将导致更低的市场价格。”

数据通信和电信市场都将目光集中在1310nm激光器。该激光器可用于短距离的SONET/SDH，千兆以太以及光纤信道领域。数据通信行业一直致力于低成本，标准化的８５０nmVCSEL，而电信应用行业则致力于FP和DFB激光器。１３１０nm激光器的加入则使这场战争变的耐人寻味。最终的胜出将取决于出货的价格的高低。长波长VCSEL需要在技术上和制造成本上有所突破才能战胜FP激光器，而DFB激光器则已拥有很好的前景了，不过也受到１５５０nm激光器越来越多的威胁。供应商都希望暂缓技术更新以便维持目前的市场分额。

１３１０nm收发器的主要供应商均来自北美，而日本和中国的公司则只是在销售激光器的子部件方面占有优势。这个市场存在着过多的供应商，不过新兴公司所产生的技术仍十分地吸引人。

而在收发器的应用市场上，由于目前全球对长途和骨干网络建设的暂缓，该市场对收发器的消耗也相应地减缓，不过目前全球城域网，接入网的市场却在稳定地增长。从国外的情况来看，日本光纤到户的计划已经启动，北美和欧洲光纤到户的前景也很乐观，从日前召开的“全国无源光网络研讨会”以及APOC会议可以看到，中国的FTTP市场也开始启动，从这一角度看，这必将导致相关的光器件的需求的增长。

在未来，随着光收发器在技术成本方面不断地取得进展，加上10GbE，短距离城域，接入网络，光纤信道以及SAN等网络的飞速发展，对光收发器的消耗必将出现大幅增加的趋势，供应商在该市场的竞争将更加激烈。